火電廠鍋爐再熱器高溫腐蝕研究

田志凱

摘 要：本文列舉了火電廠再熱器發(fā)生高溫腐蝕的情況，對高溫腐蝕發(fā)生的原因進行分析，并對應(yīng)對措施進行介紹，具有重要意義。

關(guān)鍵詞：火電廠鍋爐；再熱器；高溫腐蝕

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.181

資料顯示，火電廠鍋爐中最容易發(fā)生爆漏事故的部件是再熱器。通過受熱面工作溫度計算和評價鍋爐超溫服役狀態(tài)的剩余壽命是近些年來發(fā)展起來的技術(shù)，有力的支持了現(xiàn)場檢修和生產(chǎn)。在檢修過程中，測量冷態(tài)管子內(nèi)壁氧化皮的當前厚度和剩余厚度，可以用于得到管排溫度場在運行中的分布數(shù)據(jù)。氧化皮厚度與溫度之間存在經(jīng)驗關(guān)系，可用于管子工作溫度的計算和平均壁厚消耗速度的計算。但是測氧化皮的生長規(guī)律在評價體系中并不是十分清楚，而且傳熱還會因為氧化皮的存在而變化。

1 再熱器發(fā)生高溫腐蝕的情況

1.1 再熱器內(nèi)壁發(fā)生高溫腐蝕

再熱器內(nèi)壁腐蝕是火電廠鍋爐比較常見的腐蝕情況，主要是再熱器管內(nèi)層和外層之間出現(xiàn)腐蝕孔洞。這種情況發(fā)生時，內(nèi)層與外層之間會有一定的間隔出現(xiàn)，而且間斷也會在內(nèi)氧化層與基層之間出現(xiàn)，內(nèi)層會更加獨立，而且很多因為氧化產(chǎn)生的顆粒還會出現(xiàn)，這些顆粒大小不一[1]。我們通過分析傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，鉻的氧化物是形成內(nèi)層氧化物的主要因素。內(nèi)氧化與外氧化是同時發(fā)生的，所以，一定的通道會間隔在內(nèi)氧化層和外氧化層之間產(chǎn)生，這會促進更多的水蒸氣和氧氣通過，就使得內(nèi)層的腐蝕更為嚴重，甚至腐蝕到脫落掉皮。再熱器具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，各種水蒸氣和熱氣存在其中，共同參與了整個化學(xué)反應(yīng)。鐵與鉻是比較新的鍋爐中參與再熱器腐蝕比較多的金屬，這兩種金屬元素會在有氧和水蒸氣存在的環(huán)境中發(fā)生氧化反應(yīng)，分別生成各自的金屬氧化物，同時有相應(yīng)量的還原氫生成。另外，由于鐵是多價態(tài)的，所以可生成多種形式的鐵氧化物。在整個反應(yīng)過程中，對于氫的參與形式?jīng)]有形成統(tǒng)一定論，因為其參與機理比較復(fù)雜。

1.2 再熱器外壁發(fā)生高溫腐蝕

火電廠鍋爐再熱管發(fā)生外壁腐蝕的特征與內(nèi)壁腐蝕不同。前面提到，內(nèi)壁腐蝕是顆粒大小不均勻的特征，這一點與外壁腐蝕不同。外壁腐蝕時，在外壁上存在很多致密物質(zhì)，這些物質(zhì)在顯微鏡下才能觀察到。這些致密的氧化物存在許多微小的空洞，并不是完全充實的，經(jīng)過分析，硫的氧化物與氧氣的作用是形成這些孔洞的主要原因，作用的形式是逐漸滲透。通過對外層氧化物的觀察，發(fā)現(xiàn)鐵和鉻仍然是形成外層氧化的基本金屬[2]。但是與依靠水蒸氣和氧氣形成的內(nèi)層氧化物不同，含硫氧化物與氧氣作用是形成外層氧化物的主要原因。外壁的氧化物會因為摩擦、撞擊等因素的存在，一般被磨掉的比較快，并不會在外壁上長久存在。也是因為摩擦和撞擊的存在，外壁嚴重的磨損通常會在短時間內(nèi)形成，而且這種磨損遵循一定的規(guī)律，并不是像內(nèi)壁的無規(guī)律腐蝕一樣。

2 形成腐蝕的原因

（1）硫及堿性物質(zhì)存在對再熱器腐蝕的影響。在氣流的作用下，煤粉有可能會在再熱器壁附近燃燒，如此，周圍環(huán)境將會由于缺氧而形成還原性氣氛，這就使得鍋爐內(nèi)壁腐蝕發(fā)生的更嚴重了。硫化氫在氧濃度較高的環(huán)境中含量較低，但是在一氧化碳含量高而氧氣含量低的環(huán)境中含量比較高，這種情況下，硫化氫造成的高溫腐蝕相當嚴重[3]。當蒸汽溫度較高時，尤其是在565℃以上時，燃料灰分中硫及堿性物質(zhì)的含量比較高，他們常常會在再熱器管壁上累積，而其上面還有熔鹽或積灰時，煙灰腐蝕發(fā)生的概率就非常大。所以，對于含硫及堿性物質(zhì)比較多燃料，會造成鍋爐再熱器的耐腐蝕性變差，耐熱性也減弱，進而腐蝕現(xiàn)象會加重，如果管壁溫度更高，那么腐蝕現(xiàn)象會更嚴重。

（2）飛灰對再熱器腐蝕的影響。作為造成高溫腐蝕的重要因素之一的飛灰，因其含有的未燃燒完全的煤粉較多，當含飛灰的氣流沖擊受熱管時，除了造成了再熱器管壁溫度升高，還會造成缺氧的還原性氣氛，另一方面，還會對金屬管壁產(chǎn)生沖刷力，導(dǎo)致管壁發(fā)生磨損和腐蝕。

（3）低熔點沉積物對再熱器腐蝕的影響。低熔點沉積物與再熱器的高溫腐蝕關(guān)系密切，因為低熔點物質(zhì)的熔點范圍與再熱器高溫腐蝕發(fā)生溫度的范圍差不多，所以，當燃料中低熔點沉積物較高時，再熱器腐蝕現(xiàn)象就會加劇。燃料中普遍含有硫，經(jīng)過燃燒生成二氧化硫，二氧化硫繼續(xù)氧化生成三氧化硫，結(jié)合水蒸氣之后就會產(chǎn)生硫酸，對再熱器的酸腐蝕現(xiàn)象明顯。

3 預(yù)防再熱器高溫腐蝕的對策

前面提到了，有水蒸汽存在的，低氧氣含量高溫環(huán)境是引起鍋爐再熱器內(nèi)外管壁發(fā)生腐蝕的主要原因。氧化層的組成分為內(nèi)層和外層兩部分，大量孔洞存在于內(nèi)外層之間，鉻的氧化物是形成于基體前沿區(qū)域的主要不均勻內(nèi)氧化物，而具有顯著的剝落傾向的氧化物是外氧化物特點。對于火電廠鍋爐再熱器，因為存在二氧化硫和氧氣會造成再熱器外壁的腐蝕，同時，伴隨腐蝕作用的發(fā)生，撞擊和摩擦在一定程度上又加劇了再熱器高溫腐蝕的發(fā)生。但是對于鍋爐再熱器來說，當有一定的腐蝕物存在時，對再熱器外壁來說，還能起到比較重要的保護作用，能在一定程度上依靠減小反應(yīng)面，阻止氣體與金屬的反應(yīng)，對于內(nèi)部腐蝕來說，可以降低腐蝕發(fā)生面積。但前面也提到了，因為二氧化硫和氧氣的存在，還會存在撞擊與摩擦，會使得高溫腐蝕更為劇烈。根據(jù)高溫腐蝕的拋物線規(guī)律，再綜合考慮鍋爐再熱器管壁上氧化皮隨運行過程的生長規(guī)律，以及管壁減薄的程度，能夠?qū)﹀仩t再熱器發(fā)生爆管事故的時間進行估計，研究表明，這種估計時間與實際情況相比，比較吻合，進而用于應(yīng)對鍋爐再熱器高溫腐蝕。

4 結(jié)論

文章對火電廠鍋爐再熱器的高溫腐蝕發(fā)生的原因進行分析，再熱器腐蝕發(fā)生在內(nèi)、外壁上，造成腐蝕的主要原因是高溫水蒸氣伴隨低氧含量的環(huán)境。其中內(nèi)外壁發(fā)生腐蝕的情況不同，內(nèi)壁以不均勻氧化物為主，外壁以剝落現(xiàn)象為主。另外，二氧化硫和氧氣形成的高溫腐蝕煙氣，對再熱器的腐蝕作用也非常明顯。由于再熱器高溫腐蝕符合拋物線規(guī)律，利用這一方法能夠計算出再熱器發(fā)生爆管的時間，且與實際時間相符，可用于指導(dǎo)及時采取措施。

參考文獻：

[1]洪立，江焯燁.600MW超臨界對沖鍋爐水冷壁高溫腐蝕分析及處理[J].鍋爐技術(shù)，2016，47（01）：63-65.

[2]趙晴川，周新剛，張徐東等.低氮燃燒器改造對屏式受熱面高溫腐蝕的影響[J].山東電力技術(shù)，2016，43（04）：45-50.

[3]高洪順.淺談火電廠鍋爐“四管”泄露原因及預(yù)防[J].能源與環(huán)境，2013，5（02）：28-30.